一种串联式的局部表面纳米化金属薄壁吸能装置制造方法及图纸

一种串联式的局部表面纳米化金属薄壁吸能装置，属于汽车碰撞安全技术领域，采用串联式组合方式，沿轴向具有两级吸能单元，包括前安装板、一级吸能单元、中间稳定板、二级吸能单元、后安装板，前安装板安装在一级吸能单元前端，后安装板安装在二级吸能单元后端，上下两级吸能单元之间采用中部稳定板连接，保证结构可以稳定变形。吸能单元为局部表面纳米化处理的薄壁吸能管。本发明专利技术结构简单、造价低廉、安装方便，能够有效提高整体结构能量吸收效率，提升吸能效果的同时显著降低碰撞产生的峰值荷载。

【技术实现步骤摘要】
一种串联式的局部表面纳米化金属薄壁吸能装置
本专利技术涉及一种串联式的局部表面纳米化金属薄壁吸能装置，属于汽车碰撞安全

技术介绍
随着我国现代化建设的发展，人民生活水平逐年提高，汽车已经成为每个家庭日常生活中必备的交通工具之一。截止2017年，我国机动车保有量已经达到3.10亿辆，城市交通拥堵情况愈加严重。随之而来的便是频繁发生的汽车交通事故。在各类交通事故中，碰撞事故造成的死亡率占所有事故种类中的首位。因此，为保护人员和车辆关键部件的安全，车辆往往安装有具有能量吸收功能的金属薄壁结构。该类薄壁结构具有易吸收冲击能量，且成本低等特点，可以广泛应用于汽车等交通工具中。如专利技术名称为“一种折痕式碰撞吸能盒”，专利号为“CN200910023553.X”，该专利将折痕纹路引入吸能盒中，通过折痕纹路诱导结构的屈曲变形模态，与传统的预制缺陷法相似。这种方式虽然能提高比吸能，降低荷载均匀性系数，但是该类结构为单级吸能结构无法进行分级溃缩，实现分级吸能效果。又如专利技术名称为“一种级联式载荷缓冲吸能装置”，专利号为“CN201210305392.3”，采用金属圆管或方管组合成一级缓冲单元，由二到三个类似形状的不同材料缓冲单元相互交错放置而成。该类结构虽然能很好的提高缓冲行程的利用率，但是由于缓冲单元是垒放的，存在整体稳定问题；并且相邻缓冲单元是紧密排列的，存在单个金属管吸收能量较少的问题。目前，大部分汽车吸能盒均为单级结构，如截面为方形的薄壁吸能管之类的吸能盒。该类单级结构无法实现分级吸能，且能量吸收效率低、碰撞力峰值高。所以亟需提出一种吸能效率高、碰撞力峰值相对较低且能分级吸能的新型吸能装置。
技术实现思路
为了克服现有薄壁金属管缓冲装置存在的问题，本专利技术提供一种表面纳米技术局部处理的串联式薄壁吸能管设计方法。通过薄壁表面局部纳米化，提升薄壁管的局部力学性能，增强吸能效果，并且采用一种串联式的组合方式，很好的提高了能量吸收效率、降低了碰撞峰值力并且达到了分级吸能的效果。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种串联式的局部表面纳米化金属薄壁吸能装置，该装置采用串联式组合方式，沿轴向具有两级吸能单元，包括前安装板1、第一级结构2、中间稳定板3、第二级结构4、后安装板5。所述的第一级结构2为一级吸能单元，第二级结构4为二级吸能单元，且上下两级吸能单元之间采用中部稳定板3连接，保证结构可以稳定变形，即第一级结构2安装在前安装板1和中间稳定板3之间，第二级结构4安装在中间稳定板3和后安装板5之间。所述的第一级结构2包括一级吸能单元，其由一根薄壁吸能管组成，第二级结构4包括二级吸能单元，其由四根相同尺寸的薄壁吸能管组成。所述的前后安装板的截面为正方形，厚度为3mm～6mm。所述的薄壁吸能管的横截面为正方形，所述的第二级吸能管长度大于一级吸能单元的吸能管长度，但其管边长小于一级吸能单元吸能管边长。所述的一级吸能单元的薄壁吸能管尺寸为：边长25～40mm，管长50～80mm，边长与管长的比例为1:2～1:6。所述的二级吸能单元的薄壁吸能管尺寸为：边长20～25mm，管长80～100mm，边长与管长的比例为1:2～1:6；二级吸能单元中相邻薄壁吸能管间的距离为10～20mm。所述的薄壁吸能管的管壁厚要均匀，壁厚为0.5～2mm,且上下两级吸能单元的薄壁管局部表面需要进行纳米技术处理，单独处理内表面或外表面，或内外表面都处理。所述的薄壁管局部表面纳米化是指薄壁管的表面沿横向或轴向划分为等宽度或不等宽度的若干块区域，将划分的区域称为条纹，对其中部分条纹区域进行机械研磨处理。薄壁管相邻的表面可以采用相同宽度的或者不同宽度的条纹，且相邻的表面纳米化条纹交错排布。所述的前后安装板、中间稳定板为金属材料，其材质均强度大于薄壁吸能管。所述的薄壁吸能管的材料包括铝合金、不锈钢、低碳钢等金属材料。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过串联式双级结构的设置，可以在提升吸能效果的同时，显著地降低碰撞产生的峰值荷载。(2)本专利技术采用一种串联式两级吸能结构设置，在低速碰撞时，第一级吸能结构的吸能管会吸收碰撞的全部能量，而第二级吸能结构的吸能单元不会发生屈曲变形，维修时只需更换第一级的吸能单元即可，无需全部更换，节约了成本。当其受到较高速度碰撞时，依靠两级结构共同溃缩变形吸收能量，能量吸收量高。(3)本专利技术的吸能盒在汽车发生碰撞时，第一级吸能结构先变形，然后第二级结构再变形，达到逐级吸能的效果。(4)本专利技术采用局部表面纳米化技术处理薄壁管，提升薄壁管的局部力学性能，有效地提高整体结构能量吸收效率。(5)本专利技术上、下两级吸能结构之间的稳定板用于连接两级结构，且保证结构可以稳定变形。(6)本专利技术可通过调整上下两级吸能单元的数目、尺寸与纳米化处理方式等，可以有效改变吸能装置的能量吸收量、峰值力载荷等指标，以便达到最优的吸能效果。附图说明图1为本专利技术吸能装置的示意图；图2为前后安装板的主视图；图3(a)为连接第一级结构的稳定板上端示意图；图3(b)为连接第二级结构的稳定板下端示意图；图4为单级管与双级管的冲击力对比曲线图；图5为单级管与三级管的冲击力对比曲线图；图6为纳米化与未纳米化拉伸试件的应力应变曲线；图7为第一级吸能单元纳米化处理示意图；图8为第二级吸能单元纳米化处理示意图；图中：1前安装板；2第一级结构；3中间稳定板；4第二级结构；5后安装板。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。本专利技术属于汽车安全碰撞领域，通过采用一种两级结构、纳米化的多管组合的吸能器，提高汽车低速碰撞时的吸能效果，提高汽车安全性，下面结合实施例进行近一步说明，本专利技术包括但不仅限于以下实施例。如图1所示，本专利技术吸能装置包括前安装板1、第一级结构2、中间稳定板3、第二级结构4和后安装板5。第一级吸能单元的薄壁方管尺寸为：边长30mm，管长60mm，壁厚0.5mm。第二级四根薄壁方管的尺寸都为：边长22mm，管长80mm，壁厚0.5mm，相邻方管间的距离为10mm。如图2所示，前后安装板的形状为四边形，长宽为60mm，厚度为4mm。安装板的一端四个角分别有四个螺栓，螺栓直径为5mm，高度为10mm，每一个螺栓中心与相邻的两条边的距离都为5mm，安装板与吸能结构之间采用焊接连接，后安装板螺栓位置可根据汽车纵梁的结构自行决定。中间稳定板材质强度大于吸能管材质，厚度为5mm，边长为60mm，稳定板的上端设有第一级结构的定位槽，深度为1.5mm，如图3(a)。下端同样设有第二级结构的四个方形定位槽，深度为1.5mm，如图3(b)。当冲击速度为6m/s，冲击时间为0.01s时，相同高度的双级管与单级管，它俩的冲击力-时间曲线如图4所示，双级管的碰撞力峰值明显低于单级管，且双级管达到最大值有一个过渡阶段，但对于单级管来说却是一蹴而就的。汽车发生碰撞时，短暂的缓冲对于车内的乘员来讲是非常必要的，两级结构的吸能装置可以大大缓解碰撞力对人体的冲击，保护乘员的安全。对于具有相同高度的串联式的三级管和单级管，当冲击速度为6m/s，时间为0.02s时，得到如图5所示的冲击力-位移曲线，同样的，三级管能更加有效的降低碰撞力峰值。经过对全部纳米化、局部纳米化、未纳米化的不锈钢拉伸试件的拉伸实验，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联式的局部表面纳米化金属薄壁吸能装置，其特征在于，该装置包括前安装板、一级吸能单元、中间稳定板、二级吸能单元、后安装板，采用串联式组合方式，沿轴向设置两级吸能单元，上下两级吸能单元之间采用中间稳定板连接，保证结构可以稳定变形，上下两级吸能单元端部分别设置前安装板、后安装板；所述的一级吸能单元由一根薄壁吸能管组成，二级吸能单元由四根相同尺寸的薄壁吸能管组成；所述的薄壁吸能管的横截面为正方形，二级吸能单元的薄壁吸能管长度大于一级吸能单元，管边长小于一级吸能单元；所述的薄壁吸能管的管壁厚均匀，且上下两级吸能单元的薄壁管局部表面需要进行纳米技术处理，单独处理内表面或外表面，或内外表面都处理。

【技术特征摘要】
1.一种串联式的局部表面纳米化金属薄壁吸能装置，其特征在于，该装置包括前安装板、一级吸能单元、中间稳定板、二级吸能单元、后安装板，采用串联式组合方式，沿轴向设置两级吸能单元，上下两级吸能单元之间采用中间稳定板连接，保证结构可以稳定变形，上下两级吸能单元端部分别设置前安装板、后安装板；所述的一级吸能单元由一根薄壁吸能管组成，二级吸能单元由四根相同尺寸的薄壁吸能管组成；所述的薄壁吸能管的横截面为正方形，二级吸能单元的薄壁吸能管长度大于一级吸能单元，管边长小于一级吸能单元；所述的薄壁吸能管的管壁厚均匀，且上下两级吸能单元的薄壁管局部表面需要进行纳米技术处理，单独处理内表面或外表面，或内外表面都处理。2.根据权利要求1所述的一种串联式的局部表面纳米化金属薄壁吸能装置，其特征在于，所述的薄壁管局部表面纳米化是指薄壁管的表面沿横向或轴向划分为等宽度或不等宽度的若干块区域，将划分的区域称为条纹，对其中部分条纹区域进行机械研磨处理；薄壁管相邻的表面可以采用相同宽度的或者不同宽度的条纹，且相邻的表面纳米化条纹交错排布。3.根据权利要求1或2所述的一种串联式的局部表面纳米化金属薄壁吸能装置，其特征在于，所述的一级吸能单元的薄壁吸能管尺寸为：边长25～40mm，管长50～80mm，边长与管长的比例为1:2～1:6；所述的二级吸能单元的薄壁吸能管尺寸为：边长20～25mm，管长80～10...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉增博，周震寰，王伟，赵祯，徐新生，林志华，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21